Efficiëntie van zonnepanelen: wat, hoe te vinden, grafiek, hoe te verhogen, uitgebreide feiten

We zijn bekend met zonne-energie. De zonne-energie van de zon kan worden omgezet in nuttige arbeid of energie op aarde. Een van de apparaten die worden gebruikt om zonne-energie om te zetten in elektrische energie is het zonnepaneel.

Het zonnepaneel van het apparaat kan zonne-energie opslaan en omzetten. De hoeveelheid zonlicht die kan worden omgezet in elektriciteit wordt beschreven door het rendement van zonnepanelen. Een percentage geeft altijd het rendement van een zonnepaneel aan. Dit bericht gaat over het geven van uitgebreide details over de efficiëntie van zonnepanelen.

Wat is het rendement van zonnepanelen?

Het rendement van het zonnepaneel beschrijft de input van zonne-energie van de zon en de output die zonne-energie omzet in elektrische energie.

De efficiëntie van het zonnepaneel is de meting die de verhouding aangeeft tussen de hoeveelheid zonlicht die op het oppervlak van het paneel valt en de hoeveelheid zonlicht die wordt omgezet in bruikbare elektrische energie. Een zonnepaneel bestaat uit afzonderlijke zonnecellen, die zijn opgebouwd uit lagen silicium, boor en fosfor. De boorlaag fungeert als een positieve pool die positieve ladingen geeft, en de fosforterminal werkt als een negatieve pool die bestaat uit negatieve ladingen. De siliciumlaag daarentegen werkt als een halfgeleider.

In de eerste plaats zijn er vier soorten zonnepanelen. Het rendement van zonnepanelen varieert voor verschillende soorten panelen. Het paneel dat de hoogste elektrische energie geeft, is efficiënter. De vier soorten zonnepanelen zijn:

• Monokristallijne zonnepanelen
• Polykristallijne zonnepanelen
• Gepassiveerde emitter en achterste celpanelen (PERC)
• Dunne-filmpanelen

Op basis van hun componenten en het vermogen om het zonlicht en de conversiesnelheid vast te houden, geven alle vier de soorten verschillende efficiëntiepercentages. De efficiëntie van alle vier de soorten wordt hieronder gegeven.

Monokristallijne zonnepanelen

De monokristallijne zonnepanelen bestaan ​​alleen uit pure silicium halfgeleiders, daarom worden ze ook wel “enkele kristal zonnepanelen." Al het silicium wordt in vele wafels gesneden om ze te rangschikken om een ​​paneel te vormen. Omdat in dit type paneel alleen silicium wordt gebruikt; en daarom is de efficiëntie ervan meer in vergelijking met de andere drie. Het rendement van het monokristallijne zonnepaneel is ongeveer 20%. Hoewel de efficiëntie van dit paneel hoger is, is het niet betaalbaar omdat er tijdens de productie meer silicium wordt verspild.

Polykristallijne zonnepanelen

De polykristallijne zonnepanelen worden gemaakt door het pure silicium te smelten en in een vierkante mal te gieten. Dit type zonnepaneel is voordeliger omdat er minder materiaal verspild wordt. Het rendement van het polykristallijne paneel is een stuk minder omdat de zuiverheid van het silicium verloren gaat tijdens het smelten. Het rendement van dit type zonnepaneel is ongeveer 15-17%.

Gepassiveerde emitter en achterste celpanelen (PERC)

PERC-zonnepanelen zijn de verbeterde versie van traditionele monokristallijne panelen. Dit is de nieuwe technologie waarbij de passiveringslaag van het paneel zich op het achteroppervlak van de cel bevindt en vervolgens de efficiëntie verhoogt. De efficiëntie van dit type paneel is ongeveer 5% hoger dan dat van monokristallijne panelen, dwz ongeveer 25% efficiënt om het zonlicht op te vangen en om te zetten.

Dunne-filmpanelen

De dunnefilmpanelen zijn anders dan de kristallijne panelen. Ze zijn gemaakt van verschillende materialen, zoals:

• Cadmiumtelluride (CdTe) – dit type dunnefilmzonnepaneel heeft een goedkoop voordeel voor de installatie; cadmium is echter giftig en het recyclen ervan kan duurder zijn in vergelijking met de installatie. De efficiëntie varieert van 9-11%.
• Amorf silicium (a-Si) - dit paneel bestaat uit vormloos silicium en is niet goed gestructureerd op moleculair niveau. Het rendement van amorf silicium is ongeveer 6-8%. Het voordeel van een a-Si-paneel is dat het meer efficiëntie kan geven tegen de laagste productiekosten.
• Koper indium gallium selenide (CIGS) - dit type zonnepaneel bestaat uit dunne lagen koper, indium, gallium en selenium, die op glas worden afgezet. Het rendement varieert van 13 tot 15%. De combinatie van deze elementen levert het hoogste rendement op in vergelijking met de andere twee dunne-film zonnepanelen.

Formule voor efficiëntie van zonnepanelen

Het rendement van een zonnepaneel wordt gegeven door de formule

Efficiëntie (%) = P_max/A*I*100

waar P_max is het maximale paneelvermogen, A is de oppervlakte van het paneel en I=1000W/m²; is het uitgestraalde zonlicht onder standaard testomstandigheden.

Als je de waarde van bovenstaande termen kent, dan kom je er gemakkelijk achter wat het rendement van je zonnepaneel is.

Hoe de efficiëntie van zonnepanelen verhogen?

Het rendement van zonnepanelen kan op verschillende manieren worden verhoogd. Als de onzuiverheden van de in het paneel aanwezige halfgeleidercomponenten worden verwijderd, neemt het rendement van het zonnepaneel toe. Maar behalve deze methode hebben we verschillende methodes om de efficiëntie van zonnepanelen te verhogen; zij zijn:

• Installatie van zonne-energieconcentrator – De zonne-energieconcentrator bestaat uit spiegels of lenzen die zich concentreren op een grote hoeveelheid zonnestraling die op de ontvanger valt. Dit geconcentreerde licht van de concentrator wordt opgevangen en bereikt het zonnepaneel met een optimaal rendement. De concentrator zorgt ervoor dat al het beschikbare zonlicht wordt betrokken bij het proces van opwekking van elektriciteit. Een bijkomend voordeel van de concentrator is dat hij ook 's nachts het zonlicht efficiënt kan opslaan.
• Juiste hoek om het zonnepaneel te plaatsen – het rendement van het zonnepaneel hangt af van de hoek waaronder het paneel geplaatst wordt. Als het paneel op het zuiden is gericht met de juiste hellingshoek, kan het paneel maximaal zonlicht opvangen en kan het ook meer elektriciteit opwekken. Het paneel moet schuin worden geplaatst omdat het helpt om het paneel schoon te houden en te voorkomen dat er stofdeeltjes op komen.
• Back-upbatterijen – installatie van back-upbatterijen helpt de zonne-energie op te slaan en kan er ook 's nachts van worden gebruikt. De opgevangen zonne-energie door het paneel zal niet verspillen als de back-upbatterijen worden geleverd en het exclusieve gebruik van het zonlicht verbeteren; dus wordt de efficiëntie verhoogd.
• Offsettemperatuur - de zonnepanelen worden grotendeels beïnvloed door de buitenbereiktemperatuur en hun efficiëntie kan afnemen als de temperatuur van de thermometer stijgt. Het is dus beter om uw zonnepaneel te installeren met een opening van 6 cm tussen uw dak en paneel. Zodat wind de warmte wegvoert en het rendement stijgt door meer elektriciteit op te wekken.
• Het paneel schoon houden – ophoping van stof, regendruppels en vuil kan de efficiëntie van het paneel verminderen, dus het is noodzakelijk om het paneel schoon te houden.
• Vermindering van het aantal apparaten - gebruik van te veel apparaten tegelijk van zonne-energiegeneratoren kan de efficiëntie van het paneel vernietigen. Het is dus beter om een ​​beperkt aantal apparaten te gebruiken. Vermijd het gebruik van apparaten die veel stroom verbruiken, zoals wasmachines en koelkasten, omdat deze laagspanningsproblemen kunnen veroorzaken. Als u ze vermijdt, wordt de efficiëntie van het zonnepaneel verbeterd en wordt het spanningsprobleem opgelost.

Efficiëntiegrafiek zonnepaneel

Het rendement van het zonnepaneel kan worden weergegeven door een grafiek uit te zetten. De grafiek van IV en PV is het handigst om het rendement van zonne-energie in kaart te brengen. In de IV-grafiek van de efficiëntie van zonnepanelen wordt de spanning langs de x-as genomen en de stroom langs de y-as. In de PV-grafiek wordt het vermogen langs de y-as genomen en de spanning langs de x-as.

In de echte wereld hangt het bedrijfsrendement van een zonnepaneel sterk af van externe factoren, zoals klimaat en omgevingsomstandigheden. Met deze factoren in gedachten, wordt hieronder de grafiek van het rendement van zonnepanelen gegeven.

Efficiëntie van zonnepanelen in de loop van de tijd

Het rendement van een zonnepaneel neemt in de loop van de tijd af. Als u ongeveer vijf jaar geleden een zonnepaneel installeerde, is het rendement nu niet hetzelfde. Naarmate de tijd verstrijkt, neemt het rendement van een zonnepaneel af.

De snelheid waarmee zonnepanelen in de loop van de tijd hun efficiëntie verliezen, wordt de afbraaksnelheid genoemd en is een natuurlijk gevolg. De degradatie van het zonnepaneel is een langzaam proces; het kost veel tijd om zijn efficiëntie met 1% te verliezen. In een onderzoek heeft de nationale hernieuwbare energie laboratorium schat dat het rendement van een zonnepaneel jaarlijks 0.5 tot 0.8% aan installatie verliest.

De degradatiesnelheid van het zonnepaneel kan niet worden vermeden, maar kan verwaarloosbaar zijn over een tijdschaal van een jaar, omdat het degradatieproces vrij langzaam is. De efficiëntie van het zonnepaneel gaat in de loop van de tijd verloren, voornamelijk om twee redenen.

• Door licht veroorzaakte degradatie – dit gebeurt alleen wanneer de boorlaag van het paneel is geoxideerd en het paneel gedeeltelijk bedekt. Als gevolg van door licht veroorzaakte degradatie kan ongeveer 1-3% van de efficiëntie van het paneel verloren gaan.
• Potentieel geïnduceerde degradatie - dit proces vindt plaats vanwege de elektrische lekkage op het paneel als gevolg van hoge vochtigheid en natriumophoping op het paneel. Het is de zeldzaamste situatie die zich heeft voorgedaan om de efficiëntie te schaden.

We kunnen echter wel een schatting maken van de gemiddelde levensduur van het zonnepaneel gezien hun efficiëntie. Een paar jaar geleden gaven de fabrikanten de gemiddelde levensduur van een zonnepaneel ongeveer tien jaar vanaf de dag van installatie. Maar nu verbetert moderne technologie de efficiëntie van het zonnepaneel meer en wordt de gemiddelde levensduur geschat op 25 jaar.

Gemiddeld rendement van zonnepanelen

Het gemiddelde rendement van een zonnepaneel ligt tussen de 15 en 18%.

Monokristallijne en polykristallijne zonnepanelen vertonen de gemiddelde waarde van het rendement van zonnepanelen. Het dunne-film koper indium gallium selenide paneel vertoont een efficiëntie van maximaal 15%. De standaardafmetingen van 60 celpanelen met een vermogen van 300-330 watt kunnen een gemiddeld rendement van 18% hebben.

Maximale efficiëntie van zonnepanelen

Wetenschappers hebben het zonnepaneel met maximale efficiëntie uitgevonden met behulp van de nieuwe technologieën en innovatie onder laboratoriumomstandigheden.

Ze hebben een groot zonnepaneel uitgevonden dat direct zonlicht kan omzetten in elektrische energie, en hun efficiëntie wordt geschat op 44%. Dit is het maximale rendement van zonnepanelen dat tot nu toe is behaald. Deze zonnepanelen zijn gemaakt van monokristallijne zonnecellen. Deze zonnepanelen worden gemaakt door de meerdere lagen van de cel te versterken tot een individuele cel, die in staat is om alle straling van het zonnespectrum direct te absorberen.

• De wetenschappers maken gebruik van nieuwe technologie genaamd "transferdruk", die elk van de assembleert componenten van de cel met hoge precisie.
• Het materiaal dat in dit paneel wordt gebruikt, is afgeleid van de "galliumantimonide (GaSb) -substraat," die voornamelijk wordt gebruikt bij de productie van IR-lasers en fotodetectoren. Het heeft het vermogen om elk deel van de directe zonnestraling te absorberen.

Maar het is moeilijk om dergelijke zonnepanelen met maximale efficiëntie te bereiken en aan te passen, omdat het zeer onbetaalbaar is. De productiekosten zijn ook hoog en riskant.

Hoogste efficiëntie van zonnepanelen

Het hoogste rendement van zonnepanelen is ongeveer 25%; een zonnepaneel genaamd PERC is in staat om de hoogst efficiënte output van zonnepanelen te produceren.

Het meest efficiënte zonnepaneel op de markt is 22.8% efficiënt. X22 is het monokristallijne zonnepaneel met het hoogste rendement. Een polykristallijn zonnepaneel kan het hoogste rendement hebben van 17%. Monokristallijn zonnepaneel heeft dus het hoogste rendement.

Hoe het rendement van zonnepanelen berekenen?

Het rendement van een zonnepaneel kan eenvoudig worden berekend als u weet wat het uitgangsvermogen van het zonnepaneel is, de oppervlakte van het paneel en hoeveel zonlicht er op het paneel wordt ingestraald. Door de waarde van deze verstrekte gegevens te vervangen, kan het rendement van het zonnepaneel worden berekend met behulp van de formule;

Efficiëntie (%) = P_max/A*I*100

Voor een beter begrip, laten we een probleem voor u oplossen. Een zonnepaneel heeft een maximaal uitgangsvermogen van 310 watt en heeft een oppervlakte van 2.2 m2. De instraling van het zonlicht wordt gekozen volgens de standaard testconditie (STC). Bereken het rendement van de zonnepanelen.

Uit de bovenstaande vraag krijgen we het maximale uitgangsvermogen P_max=310 watt en de oppervlakte van paneel A=2.2m². Volgens standaard testomstandigheden wordt aangenomen dat het ingestraalde zonlicht op het paneel 1000 watt/m . is².

Alle waarden in de gegeven vergelijking substitueren

Efficiëntie (%) = P_max/A*I*100

Efficiëntie (%) = 310/2.2*1000*100

310 / 2200 * 100

Efficiëntie (%) = 0.1409 × 100

Efficiëntie (%) = 14.09%

Het rendement van het gegeven zonnepaneel is ongeveer 14% wat iets minder efficiënt is. We kunnen ook voorspellen dat het zonnepaneel een dunnefilmpaneel kan zijn op basis van de waarde van hun efficiëntie.

Veelgestelde Vragen / FAQ

Wat zijn de factoren die de efficiëntie van zonnepanelen beïnvloeden?

Er zijn verschillende factoren die de prestaties van het zonnepaneel grotendeels beïnvloeden en vervolgens hun efficiëntie verminderen; zij zijn

• Temperatuur – het toont het omgekeerde effect op de efficiëntie. Als de temperatuur stijgt, daalt het rendement en als de temperatuur daalt, zal het rendement hoger zijn.
• Energieconversie – zonnepanelen vertonen verschillende reacties voor verschillende spectrums; dit kan leiden tot veranderingen in de spectrale instraling, die de productie van stroom beïnvloeden.
• Zonwering - Zonnepanelen zijn zo gemaakt dat veel afzonderlijke zonnecellen in serie zijn geplaatst en met elkaar zijn verbonden om hoogspanning te produceren. Als een enkele cel in de schaduw staat, zijn alle andere cellen vrijwel in de schaduw, wat leidt tot energieverlies.
• Ook de oriëntatie van het paneel, de hellingshoek van het paneel, de breedtegraad en het klimaat hebben een grote invloed op het rendement van het zonnepaneel.

Kunnen we 100% zonnepaneelrendement behalen?

Idealiter, ja, we kunnen een 100% efficiënt zonnepaneel bereiken als het in staat is om al het ingestraalde zonlicht op te vangen en om te zetten. Maar praktisch kunnen we dat niet.

Het zonnespectrum bestaat uit fotonen met een breed scala aan energieën. Sommige fotonen hebben mogelijk meer energie dan de bandgap van een halfgeleider, en dus is absorptie van al het uitgestraalde zonlicht niet mogelijk. Dus 100% efficiënt zonnepaneel is moeilijk te realiseren.

Wat zijn de voordelen van zonnepanelen?

Aangezien het zonnepaneel de zonne-energie vasthoudt, wat een hernieuwbare energiebron is, heeft het een breed scala aan voordelen die hieronder worden gegeven:

• Het zet zonne-energie om in elektrische energie zonder de uitstoot van giftige stoffen, dus het is milieuvriendelijk.
• Hoewel de initiële investering vrij duur is, kost het onderhoud niet veel omdat er geen andere brandstoffen voor de opwekking van elektriciteit nodig zijn.
• Het implementeren van zonnepanelen om elektriciteit te leveren om huishoudelijke apparaten te laten werken, kan de elektriciteitsrekening verlagen.
• Het installeren van het zonnepaneel en het juiste gebruik ervan leidt tot een vermindering van het gebruik van fossiele brandstoffen, die niet-hernieuwbare energiebronnen zijn.

Wat is de belangrijkste reden achter het rendement van een zonnepaneel?

Het rendement van het zonnepaneel is afhankelijk van de halfgeleider die bij de productie wordt gebruikt.

Stel dat een paneel is gemaakt door een zuivere halfgeleider of is gedoteerd met een verwaarloosbare hoeveelheid onzuiverheden; dat paneel vertoont meer efficiëntie. Een kleinere hoeveelheid onzuiverheden bevordert de creatie van meer elektron-gat-combinaties en maakt dus gebruik van de totale opgevangen energie. Dus die efficiëntie zal meer zijn.

Lees meer over Draagbaar zonnepaneel.

Lees ook: